بخشی از مقاله

چکیده

در این تحقیق یک نمونه سلول خورشیدي ازمواد آلی پریلن وفتالوسیانین مس در خلاء 10− 6 m bar ساخته شد و مورد آزمایش قرار گرفت . نمونه ها قبل از تبخیر در خلاء به این صورت آماده شد .براي آماده سازي پریلن از حلال کلروفورم استفاده شده و پس از خشک کردن، کلوخه هاي باقیمانده را در بوته مولیبدن قرار دادهایم. فتالو سیانین مس را در حلال سیکلوهگزانون حل نموده و پس از خشک شدن تکه هاي آن را در بوته مولیبدنی جداگانه جاسازي نموده و هردو را به ترتیب بر روي الکترود رساناي شفاف 3 ITO لایه نشانی شده بر روي شیشه آزمایشگاهی ، به روش تبخیر حرارتی لایه نشانی شد. سپس منحنی جریان- ولتاژ آن رسم گردید.وخصوصیات فتوولتائیک آن بررسی شد.

مقدمه        

الکترواپتیکی به شدت در حال توسعه است . از جمله مزایاي  سلول هاي فتوولتائیک ابزاري هستند، که می توانند انرژي    فتوولتائیک هاي آلی نسبت به نوع معدنی آنها می توان به هزینه خورشیدي را به طور مستقیم به انرژي الکتریکی تبدیل نمایند. این    تولید پائین ، انعطاف پذیري مکانیکی ، قابلیت تولید انبوه به روش  فرآیند تبدیل انرژي    بدون پسماند بوده و هیچگونه آلایندگی    هاي غلتکی1  ، توانایی تغییر ساختار مولکولی و مهندسی انرژي زیست محیطی ندارد .با کشف پلیمر هاي هادي در دهه 90 قرن    شکاف2    و در نتیجه جذب طول موج هاي بیشتر نورخورشید و  گذشته کاربرد این مواد هم از سال 1997 براي تولید سلول هاي    سمی نبودن یا به عبارتی دیگر تجاري بودن آنها باشد.

سطوح گسترده و همچنین چند لایه اي براي استفاده همزمان از قسمت اعظم طیف خورشید فراهم می شود. در عوض اگر چه استفاده از سلولهاي فتوولتائیک معدنی ازمدت ها پیش مورد توجه محققان بود و از بازدهی بالاتري نسبت به نوع آلی  برخوردار هستند، اما به دلیل هزینه بالا وانعطاف ناپذیر بودنشان و سمی بودن، کاربرد آنها محدود بوده و از لحاظ تجاري قابل رقابت با منابع دیگر انرژي نمی باشند.

فرایندهاي اصلی در یک سلول خورشیدي

بعد از جذب فوتون اکسایتون تولید می شود - - 1 که باید به مرز مشترك p,n حرکت نماید - - 2جایی که جدایی بار می تواند اتفاق افتد. - - 3 بارهاي مثبت ومنفی تشکیل شده می تواند به سمت الکترودها در اثر میدان حاصل از اختلاف تابع کار الکترود ها حرکت نمایند. - [2] - 4 از مهمترین تفاوت هاي نیمه رساناهاي آلی استفاده شده در سلول هاي خورشیدي نسبت به مشابه معدنی خود به این موارد می توان اشاره کرد.

-1به علت ضعیف بودن نیروي بین مولکولی واندروالسی در این مواد مولکول ها به اندازه کافی به هم نزدیک نمی شوند وبه جاي تشکیل شدن باندهدایت و باند ظرفیت ، بالاترین تراز اشغال شده و پائین تراز اشغال نشده،داریم .[ 3 ]

-2این مواد داراي حالت اسپینی مشخص تکتایی وسه تایی مانند مولکولهاي ایزوله بوده که نقش اساسی در فتوفیزیک آنها بازي می نماید. و انتقال بین ترازهاي سیستم توسط قواعد انتخاب محدود می شود ودر نتیجه حد بالایی براي بازده کوانتمی وجود دارد . [3 ]

-3 انرزي اکسایتون ها در نیمه رسانا هاي آلی بزرگتر از مقیاس KT بوده و بر خلاف نیمه رسانا هاي معدنی جذب نور نمی تواند به طور مستقیم الکترون وحفره تولید نماید. بلکه جداسازي اکسایتون تولید شده به میدان به وجود آمده در مرز مشترك p/n اتفاق می افت .[1]

. - 4 نوسانات پیوند بین مولکولها نقش مهمی در طیف جذب خواهد داشت. به علت حضور ترازهاي ارتعاشی وپیچشی وترازهاي انرژي ناشی از طول پلیمر ، ضخامتی در حد 100nm براي جذب همه طیف نور رسیده به سطح زمین کافی است.[ 3 ]

-5به علت کوتاه بودن طول نفوذ اکسایتون ها در مواد آلی - 10nm - استفاده از ضخامت بیش از 20nm از یک ماده خاص باعث کاهش بازدهی هرلایه می شود .1]

.در این تحقیق ما یک نمونه سلول خورشیدي دو لایه اي از مواد آلی پریلن - - Perylene و فتالوسیانین مس - CuPc - به روش تبخیر حرارتی در خلاء 10−6 mbar بر روي زیر لایه شیشه اي لایه نشانی نموده وتحت تاثیر تابش نور سفید لامپ ، ولتاژ آن را اندازه گرفتیم . براي بازدهی بهتر از الکترود رساناي شفاف ITO لایه نشانی شده بر روي شیشه در آزمایشگاه لایه نازك این دانشگاه به عنوان لایه در تماس با نور و جمع کننده بار استفاده شد.

امیدواریم که با این نوع تحقیقات لایه هاي فتوولتائیک شاهد پوشیده شدن همه بام ها و استفاده گسترده از انرژي پاك خورشیدي در تمام اقلیم ایران باشیم . از بین روشهاي گزارش شده در مراجع ما ساخت سلول فتوولتائیک آلی را به روش تبخیر حرارتی 3 در خلاء لایه نشانی نمودیم . این انتخاب به دلیل امکان مطالعه خواص فیزیکی لایه هاي فعال و با توجه به امکانات موجود در آزمایشگاه در نظر گرفته شد. از طرف دیگر مواد آلی استفاده شده بصورت رنگدانه هاي پودر شکل ، pigment بوده وبه روش تبخیرحرارتی در خلاء با ناخالصی کمتري قابل لایه نشانی می باشد. داده هاي به دست آمده را به وسیله نرم افزار Matlab رسم و تحلیل کردیم.

روش آزمایش :

لایه ها توسط دستگاه لایه نشانی HINDHIVAC-F16 در شرایطی که در زیر شرح داده میشود تولید شد. لازم به ذکر است، که لایهنشانی مواد بر روي لامهاي شیشهاي آزمایشگاهی پزشکی
انجام گرفت.

مراحل آماده سازي پریلن :

ابتدا پریلن تهیه شده از شرکت MERC که به صورت پودري شکل می باشد را در حلال کلوروفرم حل نموده و با رعایت اصول ایمنی در هواي آزاد بصورت کلوخه اي خشک نمودیم. با این تدبیر از پاشیده شدن پریلن در اثر حرارت بوته مولیبدنی جلو گیري می شود.

روش تهیه مخلوط CuPc

ابتدا 0,5 g فتالوسیانین مس آبی را ، که از مرکز تحقیقات رنگ ایران تهیه شده بود با حدود 0,25 g پلیمتیلمتاکریلات، که یک چسب پلیمري با ضریب دي الکتریک 4 است ، را در ، 20cc حلال سیکلوهگزانون3 اضافه کردیم. در نهایت براي اینکه ذرات چسب پلیمري عمل کرده و ذرات رنگدانه را دربر بگیرند به مدت 5 دقیقه با دستگاه مافوق صوت4  هم زدیم. به این ترتیب مخلوط مورد استفاده از لایه نوع P فتالوسیانین مس آبی و چسب پلیمري پلیمتیلمتاکریلات به نسبت وزنی - - 2:1، محلول در حلال سیکلوهگزانون به دست آمد.[4]

یکنواختی ترکیب آنرا در دستگاه مافوق صوت هم زدیم. سپس آنرا را با یک پرس هیدرولیکی 10 تنی تا 5×108 به صورت قرص درون یک قالب استوانه اي به قطر 1 سانتیمتر مربع فشرده کردیم. در این مرحله از روش تبخیر فیزیکی به وسیله اشعه الکترونی  به دلیل بالا بودن نقطه ذوب اکسیدهاي ایندیم وقلع برشیشه هاي کاملا تمیز و چربی زدائی شده لایه نشانی شد. جزئیات مراحل لایه نشانی در گزارشی دیگر ارائه شده است.[5 ]

بعد از قرار دادن شیشه هاي هاي تمیز شده[ 4]در محل لایه نشانی، ابتداء محفظه را تا 1×10−6 mbrتخلیه کرده و سپس قبل از هر مرحله لایه نشانی سطوح زیر لایه ها را با بمباران یونی 5 تمیز کردیم. تمیزي سطوح لایه هاي مختلف براي چسبندگی بهتر لایه ها و عدم نفوذ نا خالصی به آنها و افزایش بازدهی سلول خورشیدي حائز اهمیت است. براي بهبود شفافیت لایه هاي ITO آنها را در کوره حرارتی در دماهاي 400 د رجه به مدت چند ساعت حرارت دادیم. سپس پریلن به ضخامت 45 nm بر روي آن لایه نشانی شد.

دماي زیر لایه 73 درجه سانتیگراد و فشار قبل از لایه نشانی 1×10-6 mbar که در حین لایه نشانی فشار به4×10-6 mbar نیز می رسد و سپس لایه اي با ضخامت 15 nm از فتالوسیانین مس بر روي پریلن لایه نشانی شد. به منظور چسبندگی بهتر لایه ها و نفوذ - - CuPc به پریلن دردماي بالا جهت افزایش مرز ناحیه p وn - افزایش راندمان سلول - بعد از اتمام لایه نشانی به مدت سه ساعت در حالی که دماي محفظه و لایه ها 150درجه سانتیگراد بود. سپس به آرامی دستگاه را سرد نموده تا دماي لایه ها به 27درجه افت نماید سپس آلومینیم به آرامی در فشار mbar 1×10-6 توسط اشعه الکترونی لایه نشانی شد.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید